Juno, największe na świecie podziemne obserwatorium neutrin, rozpoczęło zbieranie danych. Ta historyczna inwestycja ma pomóc w rozwikłaniu największych tajemnic Wszechświata.
W prowincji Guangdong, w południowych Chinach, oficjalnie uruchomiono Jiangmen Underground Neutrino Observatory (Juno). Ten gigantyczny detektor ma za zadanie śledzić tajemnicze neutrina. To cząstki elementarne, które nie posiadają ładunku elektrycznego, mają minimalną masę i poruszają się z prędkością zbliżoną do światła.
Czym są neutrina i dlaczego ich badanie jest tak ważne?
Neutrina są jednymi z najbardziej zagadkowych cząstek we Wszechświecie. Powstają podczas reakcji jądrowych, w tym tych zachodzących w Słońcu, supernowych czy reaktorach jądrowych. Ich neutralność i niemal zerowa masa sprawiają, że praktycznie nie wchodzą w interakcje z materią. Codziennie biliony neutrin przenikają przez nasze ciała, nie pozostawiając żadnego śladu. Badanie ich właściwości może dostarczyć kluczowych informacji na temat:
- Pochodzenia materii we Wszechświecie: Wiele teorii fizycznych zakłada, że asymetria między materią a antymaterią jest w jakiś sposób związana z naturą neutrin.
- Właściwości cząstek elementarnych: Obserwacja neutrin pozwala na weryfikację Modelu Standardowego fizyki cząstek.
- Procesów astrofizycznych: Neutrina mogą dostarczyć unikalnych danych o tym, co dzieje się we wnętrzach gwiazd i innych obiektów kosmicznych.
Juno: Potęga inżynierii i międzynarodowej współpracy
Detektor Juno to prawdziwy cud inżynierii. Sercem obserwatorium jest gigantyczna, akrylowa kula o średnicy 35 metrów, wypełniona płynnym scyntylatorem. Jest to specjalny, przezroczysty płyn, który emituje błysk światła (zjawisko scyntylacji) w momencie, gdy cząstka taka jak neutrino przechodzi przez niego i zderza się z atomem płynu. Tysiące fotopowielaczy otaczających kulę rejestrują te błyski, umożliwiając naukowcom precyzyjne śledzenie trajektorii i właściwości neutrin.
Całość umieszczono 700 metrów pod ziemią, w 44-metrowym basenie z ultra-czystą wodą. Lokalizacja pod powierzchnią Ziemi chroni detektor przed zakłóceniami pochodzącymi z promieniowania kosmicznego.
Detektor Juno ma za zadanie precyzyjnie mierzyć masę różnych typów neutrin, które są produkowane przez dwie elektrownie jądrowe w pobliskich miastach Taishan i Yangjiang.
– To historyczny kamień milowy — powiedział Wang Yifang, rzecznik Juno. – Po raz pierwszy mamy w pełni sprawny detektor tej skali i precyzji, który jest dedykowany wyłącznie neutrinom. Juno pozwoli nam odpowiedzieć na fundamentalne pytania o naturę materii i Wszechświata.
Ponad dekada pracy i wyzwań
Projekt Juno, zainicjowany w 2008 roku przez Chińską Akademię Nauk, stał się globalnym przedsięwzięciem. Przez lata w jego realizację zaangażowało się ponad 700 badaczy z 74 instytucji z 17 krajów. Budowa obiektu rozpoczęła się w 2015 roku i wymagała niezwykłej precyzji oraz innowacyjnych rozwiązań, zwłaszcza w zakresie utrzymania czystości płynnego scyntylatora.
Projekt Juno jest pierwszym z nowej generacji superskalowych detektorów neutrin, które wkrótce zaczną działać na całym świecie. Konkurencyjne projekty, takie jak Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) w USA czy Hyper-Kamiokande w Japonii, mają ruszyć w 2027-28 roku.
JUNO CollaborationCo dalej? Neutrina a antymateria
Juno ma działać przez co najmniej 30 lat, a jego konstrukcja pozwala na przyszłe modyfikacje. Jednym z głównych celów jest zbadanie, czy neutrina są cząstkami Majorany, czyli czy są swoimi własnymi antycząstkami. Potwierdzenie tego zjawiska byłoby przełomem, który mógłby wyjaśnić, dlaczego we Wszechświecie dominującą rolę odgrywa materia, a nie antymateria.
Foto: JUNO Collaboration.